JP3575741B2

JP3575741B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3575741B2
Application number: JP18923199A
Authority: JP
Inventors: 弘城山口
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2001009454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定濃度の希薄塩水を電気分解して電解水を生成するための電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解水生成装置の一形式として、特開平１０−６６９７３号公報に示されているように、電解槽と、高濃度塩水を貯留する塩水タンクと、前記電解槽へ水を連続して供給する給水手段と、前記電解槽へ供給される途中の水に前記塩水タンクの高濃度塩水を設定量混入させて所定濃度の希薄塩水とする塩水混入手段と、前記電解槽を構成する一対の電極間に所定の電圧を印加する定電圧電源を備えた電解水生成装置がある。
【０００３】
当該形式の電解水生成装置においては、所定濃度の希薄食塩水等、希薄塩水を被電解水として電気分解して電解水を生成するもので、安定した一定のｐＨ、有効塩素濃度の特性を有する電解水を生成すべく、電解槽の両電極間を流れる電流を所定の一定電流値に設定する方法が採られる。この場合、供給される被電解水の濃度の変動、供給すべき電流値の変動等電解の変動要因により、被電解水の電気分解時の両電極間を流れる電流値が設定電流値に対して増減する変動が生じることがある。電流値にこのような変動が生じると、安定した一定のｐＨ、有効塩素濃度の特性を有する電解水を生成することができなくなる。
【０００４】
これに対処するため、上記した公報に示されている電解水生成装置においては、両電極間を流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出される電流値に基づいて塩水混入手段を制御する制御手段を設けて、塩水混入手段による高濃度塩水の供給量を、電流検出手段により検出される電流値が設定電流値より高い場合には減量し、かつ、検出される電流値が設定電流値より低い場合には増量することにより、両電極間の電流を設定電流値に制御するフィードバック制御方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式の電解水生成装置においては、被電解水である希薄塩水の濃度を変更することにより、生成される電解水の特性を所望の特性に変更する方法が採られるが、被電解水の濃度を変更するには、高濃度塩水の供給水への混入量（設定混入量）を変更する方法が採られる。
【０００６】
この場合、当該形式の電解水生成装置において、異なる塩濃度の希薄塩水を被電解水とする運転条件で上記したフィードバック制御を行うと、同フィードバック制御量（高濃度塩水の制御量／電流値差）が一定であることから、上記した運転条件により高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響が異なることになる。すなわち、高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響は、濃度が低い希薄塩水を被電解水とする運転では大きく、かつ、濃度が高い希薄塩水を被電解水とする運転では小さくて、これらの電流値制御には大きなバラツキが生じることになる。このため、運転条件によっては、電流値制御の精度が大きく低下することがある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、当該形式の電解水生成装置において、電流値のフィードバック制御の運転条件による精度のバラツキを解消することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は電解水生成装置に関するもので、電解槽と、高濃度塩水を貯留する塩水タンクと、前記電解槽へ水を連続して供給する給水手段と、前記電解槽へ供給される途中の水に前記塩水タンクの高濃度塩水を設定量混入させて所定濃度の希薄塩水とする塩水混入手段と、前記電解槽を構成する一対の電極間に所定の電圧を印加する定電圧電源と、前記両電極間を流れる電流を検出する電流検出手段と、同電流検出手段により検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記塩水混入手段による高濃度塩水の供給量を減量するとともに前記検出される電流値が設定電流値より低い場合には前記塩水混入手段による高濃度塩水の供給量を増量して前記両電極間の電流を設定電流値に制御するフィードバック制御手段を備えている形式の電解水生成装置を適用対象とするものである。
【０００９】
しかして、本発明は、上記した形式の電解水生成装置において、前記電解槽に供給される希薄塩水の濃度を所望の濃度に変更したとき、変更した希薄塩水の所望濃度に基づいて定めた高濃度塩水の設定混入量に応じて前記フィードバック制御手段の制御下にて前記塩水混入手段によって増減される高濃度塩水のフィードバック制御量を増減する制御手段を設けたことに特徴がある。
【００１０】
上記のように構成した本発明による電解水生成装置において、前記塩水混入手段として間欠的に吐出動作を行うパルス駆動式の供給ポンプが採用されている場合には、前記フィードバック制御手段を、同供給ポンプの吐出動作回数を増減制御するように構成することができる。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明に係る電解生成装置の第１の電解生成装置によれば、被電解水である希薄塩水の設定濃度に応じてフィードバック制御量（高濃度塩水の制御量／電流値差）が変更されるため、異なる塩濃度の希薄塩水を被電解水とする各運転条件における高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響を略一定にすることができる。このため、高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響は、濃度が低い希薄塩水を被電解水とする運転時においても、また、濃度が高い希薄塩水を被電解水とする運転時においても変わることはなくて、電流値制御には大きなバラツキが生じることはなく、運転条件の如何に関わらず、電流値制御を一定の高い精度に維持することができる。
【００１２】
また、本発明に係る電解生成装置の第２の電解生成装置によれば、検出電流値と設定電流値の差が所定値未満の場合にはフィードバック制御が規制されるので、電流値のわずかな変動に対しては高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響を解消することができて、異なる塩濃度の希薄塩水を被電解水とする各運転条件における高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響を略一定にすることができる。これにより、高濃度塩水の制御量の電流値に及ぼす影響は、濃度が低い希薄塩水を被電解水とする運転時においても、また、濃度が高い希薄塩水を被電解水とする運転時においても変わることはなくて、電流値制御には大きなバラツキが生じることはなく、運転条件の如何に関わらず、電流値制御を一定の高い精度に維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明すると、図１は本発明の一例に係る電解水生成装置が概略的に示されている。当該電解水生成装置は、電解部１０、給水部２０、および塩水混入部３０を主要構成部とするとともに、定電圧電源４１、電流検出手段である電流計４２、および電気制御回路４３を備えている。
【００１４】
電解部１０は、有隔膜電解槽１１と、各電極１２ａ，１２ｂを配設されて形成された一対の電解室１３ａ，１３ｂとからなり、各電解室１３ａ，１３ｂには、被電解水を導入する導入管１４ａ，１４ｂが連結されているとともに、生成される電解水を導出するための導出管１５ａ，１５ｂが連結されている。
【００１５】
給水部２０は、電解槽１１への給水手段を構成する第１給水管２１と、第１給水管２１の途中に介装された減圧弁２２ａおよび電磁弁２２ｂを備えるとともに、塩水混入部３０の塩水タンク３１への給水手段を構成する第２給水管２３と、第２給水管２３の途中に介装された電磁弁２４を備えている。第１給水管２１は、水道管等の外部水源に連結されているもので、各導入管１４ａ，１４ｂに連結されていて、電磁弁２２ｂの開放時には減圧弁２２ａにて所定圧以下に保持された水を電解槽１１側へ供給する。第２給水管２３は、第１給水管２１から分岐しているもので、塩水タンク３１の開口部の上方に臨んでいて、電磁弁２４の解放時には水を塩水タンク３１に供給する。
【００１６】
塩水混入部３０は、塩水タンク３１と、塩水供給管３２と、塩水供給管３２の途中に介装された供給ポンプ３３ａおよび減圧弁３３ｂと、フロートスイッチ３４を備えているもので、塩水供給管３２は塩水タンク３１の底部を液密的に貫通して塩水タンク３１内にて所定の高さまで延びているとともに、第１給水管２１に連結されている。塩水タンク３１は、循環管３５とオーバフロー管３６を備えており、循環管３５の途中には循環ポンプ３７が介装されている。
【００１７】
塩水タンク３１は、高濃度塩水を調製して貯留させているもので、高濃度塩水の供給源として機能する。当該電解水生成装置においては、高濃度塩水は飽和食塩水であって、塩水タンク３１には多量の食塩が供給されているとともに、第２給水管２３から随時水が供給されるもので、塩水タンク３１内の塩水は循環ポンプ３７の駆動により循環して均一な飽和食塩水に調製される。飽和食塩水は、塩水タンク３１内の底部に残留する食塩の上部に位置している。フロートスイッチ３４は、塩水タンク３１内の上限水位と下限水位を検出するものである。
【００１８】
供給ポンプ３３ａは、間欠的に吐出動作を行うパルス駆動式の供給ポンプであって、ソレノイドへの通電によりプランジャを往復動してダイヤフラムを往復動作させることにより、第１給水管２１を流れる水中に塩水タンク３１内の飽和食塩水を間欠的の供給して混入する。これにより、第１給水管２１内においては所定濃度の希薄食塩水が連続的に調製されて、調製された所定濃度の希薄食塩水は被電解水として、第１給水管２１から各導入管１４ａ，１４ｂを通して各電解室１３ａ，１３ｂに供給される。被電解水の食塩濃度は、供給ポンプ３３ａの駆動を制御することにより、適宜変更することができる。
【００１９】
定電圧電源４１は、電解槽１１に配設されている各電極１２ａ，１２ｂに接続されていて、各電極１２ａ，１２ｂに定電圧の直流電圧を印加すべく機能する。また、電流計４２は電極１２ｂへの電圧印加回路に分流器４４を介して接続されていて、運転時における両電極１２ａ，１２ｂ間を流れる電流値を検出する。
【００２０】
電気制御回路４３は、マイクロコンピュータにより構成されているもので、電磁弁２２ｂ，２４、供給ポンプ３３ａ、フロートスイッチ３４、循環ポンプ３７、定電圧電源４１、および電流計４２に接続されている。電気制御回路４３は、図２または図６に示すフローチャートに対応するプログラムを実行して、電磁弁２２ｂ，２４、供給ポンプ３３ａ、循環ポンプ３７、定電圧電源４１の作動を制御する。
【００２１】
当該電解水生成装置を使用して電解水を生成するには、ｐＨ、有効塩素濃度等の安定した一定した特性を有する電解水を得るため、電解槽１１内の各電極１２ａ，１２ｂ間を流れる電流値を設定し、被電解水の食塩濃度（供給ポンプ３３ａの吐出回数）を設定し、かつ、被電解水の濃度とフィードバック制御の制御量との関係を設定しておく。例えば、電流値を２５Ａに設定した状態にて、被電解水の濃度を「吐出回数２１０回／分…高い濃度の被電解水」又は「２０回／分…低い濃度の被電解水」に設定する。また、フィードバック制御の制御量（高濃度食塩水の供給量／電流値差）と、被電解水の設定濃度（設定吐出回数／分）との関係を、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように設定する。なお、本発明において、フィードバック制御の制御量とは、運転時に両電極１２ａ，１２ｂ間を流れる電流値（Ｉ）と設定電流値（Ｉ0）との差に対する高濃度食塩水の供給量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を意味し、被電解水の設定濃度（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）とフィードバック制御量とは比例関係に設定している。
【００２２】
当該電解水生成装置においては、以上の設定を行って運転を開始するが、運転に先だって塩水タンク３１に大量の食塩を供給し、その後、電源スイッチを投入する。食塩はその消費量に応じて随時補給する。電源スイッチの投入により、電気制御回路４３は、図２のステップ５０にてプログラムの実行を開始する。なお、当該電解水生成装置においては、従来の制御をも実施して、本発明の制御と従来の制御の結果を比較した。但し、従来の制御では、被電解水の設定濃度が低い場合にも、上記した被電解水の設定濃度が高い場合と同じ設定、すなわち、（供給ポンプ３３ａの吐出回数／回）を吐出回数２１０回／分に設定している。
【００２３】
電気制御回路４３は、ステップ５１にて塩水タンク３１内へ水を補給して、高濃度食塩水を調製する処理を実行する。当該処理においては、塩水タンク３１内の水位が最高設定水位に達したことをフロートスイッチ３４が検出するまで電磁弁２２ｂが開放されて水が供給されるとともに、循環ポンプ３７の駆動により塩水タンク３１内の水が循環されて、食塩をほぼ飽和状態に溶解した均一な高濃度食塩水が調製される。この高濃度食塩水の調製操作は、塩水タンク３１内の水位が最低設定水位に達したことをフロートスイッチ３４が検出した際に繰り返し行われる。高濃度食塩水の調製終了後、電気制御回路４３はステップ５２にて電解水の生成を開始する。
【００２４】
電気制御回路４３は、ステップ５２にて、設定された被電解水の設定濃度に基づいて供給ポンプ３３ａの吐出回数／分を決定するとともに、設定された電流値（設定電流値Ｉ0）に基づいてフィードバック制御量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）／電流値（Ｉ0−Ｉ）を決定する。次いで、電磁弁２２ｂを開放するとともに供給ポンプ３３ａを駆動し、かつ、各電極１２ａ，１２ｂには設定電流値Ｉ0となるように定電圧が印加される。これにより、第１給水管２１内では高濃度食塩水が水に混入されて設定された希薄濃度の食塩水が調製され、調製された希薄食塩水は被電解水として各導入管１４ａ，１４ｂを通して各電解室１３ａ，１３ｂに供給される。各電解室１３ａ，１３ｂでは電解水が生成され、導出管１５ａからは酸性水が流出され、かつ、導出管１５ｂからはアルカリ性水が流出されれる。
【００２５】
電気制御回路４３は、ステップ５３にてタイマーを作動して所定時間経過後にステップ５４において、電流計４２により検出された電流値（検出電流値Ｉ）と設定電流値（Ｉ０）とを比較判定し、検出電流値（Ｉ）が設定電流値（Ｉ０）と等しい場合にはプログラムをステップ５３に戻す。
【００２６】
また、検出電流値（Ｉ）が設定電流値（Ｉ０）より大きい場合には、ステップ５５にて予めステップ５２で設定されているフィードバック制御量に基づいて、混入される高濃度食塩水の混入量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を減少させて、プログラムをステップ５３に戻す。検出電流値（Ｉ）が設定電流値（Ｉ０）より小さい場合には、ステップ５６にて予めステップ５２で設定されているフィードバック制御量に基づいて、混入される高濃度食塩水の混入量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を増大させて、プログラムをステップ５３に戻す。
【００２７】
電気制御回路４３は、当該電解水生成装置の運転終了まで以上のプログラムの実行を行って、運転中の両電極１２ａ，１２ｂ間を流れる電流値（Ｉ）が設定電流値（Ｉ０）に近似するように制御する。制御の結果を図４および図５のグラフに示す。図４（ａ），（ｂ）は、設定電流値（Ｉ０）を２５Ａで被電解水の濃度（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を吐出回数２１０回／分に設定した場合の、本発明の制御および従来の制御の結果を示し、図５（ａ），（ｂ）は、設定電流値（Ｉ０）を２５Ａで被電解水の濃度（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を吐出回数２０回／分に設定した場合の、本発明の制御および従来の制御の結果を示している。本発明の制御においては、運転条件の如何に関わらず電流値の変動は小さくて高い精度を示しているのに対して、従来の制御においては、電流値の変動が大きいとともに、運転条件の相違によっても電流値の変動に差が認められ、フィードバック制御の精度が低いことを示している。
【００２８】
図６は、本発明の第２のフィードバック制御のプログラムを実行するためのフローチャートを示している。当該制御においては、電気制御回路４３は、図６のステップ６０にてプログラムの実行を開始し、ステップ６１にて塩水タンク３１内へ水を補給して、高濃度食塩水を調製する処理を実行する。
【００２９】
当該処理においては、塩水タンク３１内の水位が最高設定水位に達したことをフロートスイッチ３４が検出するまで電磁弁２２ｂが開放されて水が供給されるとともに、循環ポンプ３７の駆動により塩水タンク３１内の水が循環されて、食塩をほぼ飽和状態に溶解した均一な高濃度食塩水が調製される。この高濃度食塩水の調製操作は、塩水タンク３１内の水位が最低設定水位に達したことをフロートスイッチ３４が検出した際に繰り返し行われる。高濃度食塩水の調製終了後、電気制御回路４３はステップ６２にて電解水の生成を開始する。
【００３０】
電気制御回路４３は、ステップ６２にて、設定された被電解水の設定濃度に基づいて供給ポンプ３３ａの吐出回数／分を決定し、設定された電流値（設定電流値Ｉ0）に基づいてフィードバック制御量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）／電流値（Ｉ0−Ｉ）を決定し、制御の非作動範囲（最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘ）を決定する。次いで、電磁弁２２ｂを開放するとともに供給ポンプ３３ａを駆動し、かつ、各電極１２ａ，１２ｂには設定電流値Ｉ0となるように定電圧が印加される。これにより、第１給水管２１内では高濃度食塩水が水に混入されて設定された希薄濃度の食塩水が調製され、調製された希薄食塩水は被電解水として各導入管１４ａ，１４ｂを通して各電解室１３ａ，１３ｂに供給される。各電解室１３ａ，１３ｂでは電解水が生成され、導出管１５ａからは酸性水が流出され、かつ、導出管１５ｂからはアルカリ性水が流出される。
【００３１】
電気制御回路４３は、ステップ６３にてタイマーを作動して所定時間経過後、ステップ６４において、電流計４２により検出された電流値（検出電流値Ｉ）と設定された最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘとを比較判定し、検出電流値（Ｉ）が最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘの範囲にある場合にはプログラムをステップ６３に戻し、検出電流値（Ｉ）が最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘの範囲を外れる場合には、プログラムをステップ６５に進める。
【００３２】
電気制御回路４３は、ステップ６５にて検出電流値（Ｉ）と最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘを比較判定し、検出電流値（Ｉ）が最小電流値Ｉｍｉｎより小さい場合には、ステップ６６にて予めステップ６２で設定されているフィードバック制御量に基づいて、混入される高濃度食塩水の混入量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を増大させて、プログラムをステップ６３に戻す。また、検出電流値（Ｉ）が最大電流値Ｉｍａｘより大きい場合には、ステップ６７にて予めステップ６２で設定されているフィードバック制御量に基づいて、混入される高濃度食塩水の混入量（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を減少させて、プログラムをステップ６３に戻す。
【００３３】
電気制御回路４３は、当該電解水生成装置の運転終了まで以上のプログラムの実行を行って、運転中の両電極１２ａ，１２ｂ間を流れる電流値（Ｉ）が設定電流値（Ｉ０）に近似するように制御する。制御の結果を図７のグラフに示す。同図は、設定電流値（Ｉ０）を２５Ａで被電解水の濃度（供給ポンプ３３ａの吐出回数／分）を吐出回数２１０回／分に設定した場合の運転条件のもので、同図（ａ）は本発明の制御における設定電流値Ｉ０、設定された最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘ、および検出電流値Ｉの関係を示すグラフであり、同図（ｂ）は従来の制御の結果を示すグラフである。本発明の制御においては、電流値（Ｉ）は理想的には最小電流値Ｉｍｉｎ〜最大電流値Ｉｍａｘ内に制御するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電解水生成装置の一例を示す概略的構成図である。
【図２】同電解水生成装置の電気制御回路により実行される第１の制御のフローチャートである。
【図３】同制御におけるフィードバック制御量と高濃度食塩水の設定混入量との関係を示すグラフ（ａ）、および同関係の他の例を示すグラフ（ｂ）である。
【図４】所定の運転条件における、同制御の結果を示すグラフ（ａ）および従来の制御の結果を示すグラフ（ｂ）である。
【図５】異なる運転条件における、同制御の結果を示すグラフ（ａ）および従来の制御の結果を示すグラフ（ｂ）である。
【図６】同電解水生成装置の電気制御回路により実行される第２の制御のフローチャートである。
【図７】所定の運転条件における、同制御の結果を示すグラフ（ａ）および従来の制御の結果を示すグラフ（ｂ）である。
【符号の説明】
１０…電解部、１１…電解槽、１２ａ，１２ｂ…電極電極、１３ａ，１３ｂ…電解室、１４ａ，１４…導入管、１５ａ，１５ｂ…導出管、２０…給水部、２１…第１給水管、２２ａ…減圧弁、２２ｂ…電磁弁、２３…第２給水管、２４…電磁弁、３０…塩水混入部、３１…塩水タンク、３２…塩水供給管、３３ａ…供給ポンプ、３３ｂ…減圧弁、３４…フロートスイッチ、３５…循環管、３６…オーバフロー管、３７…循環ポンプ、４１…定電圧電源、４２…電流計、４３…電気制御回路、４４…分配器。

Claims

電解槽と、高濃度塩水を貯留する塩水タンクと、前記電解槽へ水を連続して供給する給水手段と、前記電解槽へ供給される途中の水に前記塩水タンクの高濃度塩水を設定量混入させて所定濃度の希薄塩水とする塩水混入手段と、前記電解槽を構成する一対の電極間に所定の電圧を印加する定電圧電源と、前記両電極間を流れる電流を検出する電流検出手段と、同電流検出手段により検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記塩水混入手段による高濃度塩水の供給量を減量するとともに前記検出される電流値が設定電流値より低い場合には前記塩水混入手段による高濃度塩水の供給量を増量して前記両電極間の電流を設定電流値に制御するフィードバック制御手段を備えている電解水生成装置において、前記電解槽に供給される希薄塩水の濃度を所望の濃度に変更したとき、変更した希薄塩水の所望濃度に基づいて定めた高濃度塩水の設定混入量に応じて前記フィードバック制御手段の制御下にて前記塩水混入手段によって増減される高濃度塩水のフィードバック制御量を増減する制御手段を設けたことを特徴とする電解水生成装置。
前フィードバック制御手段が前記検出電流値と前記設定電流値の差が所定値以上に達した場合に前記塩水混入手段による高濃度塩水量を増減する制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
前記塩水混入手段として、間欠的に吐出動作を行うパルス駆動式の供給ポンプを採用して、同供給ポンプの吐出動作回数が前記フィードバック制御手段の制御下にて増減制御されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。